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Hintergrund der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft Bohrer mit geraden Spannuten. Bohrer mit geraden
Spannuten eignen sich insbesondere für die Zerspanung von kurzspanenden
Werkstoffen. Die Spannuten dienen bei diesen Bohrern zum Abtransport
der Späne.
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Bei
von Haus aus langspanenden Werkstoffen besteht hingegen das Problem,
dass die langen Späne
sich über
den Verlauf der geraden Spannut zwischen dem Auslauf der Spannut
und der sich daran anschließenden
Nebenschneide verklemmen. Ein solches Verklemmen ist bei kurzspanenden Werkstoffen
hingegen nicht zu beobachten. In der Zerspanungstechnik ist es deshalb
seit langem üblich,
Bohrer mit gewendelten Nuten einzusetzen. Die Wendelung der Nuten
hat dabei die Funktion, die Flussrichtung der Späne gleichsam umzuleiten, um die
Späne so
innerhalb der Spannut zu brechen. In Folge dieser Spanbrecherfunktion
der gewendelten Spannuten entstehen auch bei langspanenden Werkstoffen
kurze Späne,
die durch die gewendelte Spannut abtransportiert werden können, ohne
sich zwischen Spannut und Nebenschneide zu verklemmen.
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Nachteilig
bei den Werkzeugen mit gewendelter Spannut ist die verminderte Biegesteifigkeit des
Bohrers.
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Bei
den gerade genuteten Bohrern nach dem Stand der Technik weist die
Hauptschneide einen ebenso geraden Verlauf auf wie die Spannut.
In Folge des identischen Verlaufs von Hauptschneide und Spannut
können
diese mit Hilfe einer Schleifscheibe in einem Arbeitsgang in das
Werkzeug eingeschliffen werden.
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Auf
dem Gebiet der Bohrer mit wendelförmiger Spannut ist es schließlich bekannt,
der Hauptschneide eine besondere, ungerade Form zu geben, um das
Schneid verhalten, beispielsweise die Schneidenschärfe oder
die Stabilität
der Schneide zu beeinflussen.
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Aufgabe der Erfindung
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Ausgehend
von dem eingangs dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung
die Aufgabe zu Grunde, einen biegesteifen Bohrer zu schaffen, der zugleich
spanbrechend wirkt und insbesondere geeignet ist, von Haus aus langspanendes
Material mit kurzen Spänen
zu zerspanen.
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Erfindungsmäßiger Lösungsgedanke
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Ausgehend
von der bekannten Tatsache, dass die Verwendung einer bezogen auf
die Mittellängsachse
des Bohrers geraden Spannut die Steifigkeit des Bohrers erhöht, kombiniert
die Erfindung einen solchen Bohrer mit einer geraden Spannut erstmals
mit einer nicht geraden Schneide. Die Erfindung macht sich dabei
die Erkenntnis zu Nutze, dass bereits die Verwendung einer bogenförmigen Hauptschneide
dazu führt,
dass der Span in die gerade Spannut hinein verdreht wird, der Span
also bereits durch die ungerade Ausgestaltung der Schneide eine Richtungsänderung
erfährt,
die dazu führt,
dass der Span in der Nut schließlich
gebrochen wird. Durch die Verwendung der ungeraden Schneiden wird
also die Spanformung beeinflusst und in die gewollte Richtung unterstützt. Darüber hinaus
erhöht
sich die Torsionssteifigkeit und die Biegefestigkeit des Bohrers
durch einen Bohrerquerschnitt mit gebogenen Schneiden.
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Grundsätzlich unterscheidet
die Erfindung eine Ausgestaltung des Bohrers mit konvex gebogener
Hauptschneide einerseits und mit konkav gebogener Hauptschneide
andererseits.
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Die
Ausgestaltung mit konvex gebogener Hauptschneide zieht eine eher
geschützte
Ausgestaltung der Schneidenecke nach sich. Die Schneide ist damit
sehr verschleißfest.
Vorteilhaft ist es in weiterer Ausgestaltung auch den Nutgrund der
Spannut der Bogenform der Hauptschneide anzupassen. So ist in einer
Ausfüh rungsform
der Erfindung vorgesehen, den Nutgrund im Anschluss an die konvex
gebogene Hauptschneide konkav auszuformen. Hierdurch wird ein gewünschter
positiver Spanwinkel erzeugt. Aus einem derartigen positiven Spanwinkel
resultiert eine sogenannte „scharfe
Schneide”.
Diese eignet sich insbesondere zur Zerspanung weicher Werkstoffe.
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In
weiterer Ausgestaltung kann die Ausbildung des Nutgrundes weiter
verändert
sein. So ist in einer Ausgestaltung der Erfindung die Spannut des Bohrers
in zwei Bereiche aufgeteilt, nämlich
bei konvex gebogener Hauptschneide in einen sich daran anschließenden konvex
ausgebildeten Bereich des Nutgrundes, welcher in einen daran anschließenden konkav
ausgebildeten Bereich des Nutgrundes mündet. Durch diese Veränderung
der Form des Nutgrundes wird auch die Abflussrichtung der Späne geändert, so
dass das Bruchverhalten der Späne über die Spanabflussstrecke
in der Spannut durch die Ausgestaltung des Nutgrundes beeinflusst
werden kann. Zugleich verändert
sich auch die Nebenschneide des Bohrers. Mit der konvexen Ausgestaltung
des Nutgrundes geht eine konvexe Ausgestaltung der Bohrernebenschneide
einher. Analog gilt dies für
die konkave Ausbildung von Nutgrund und Bohrernebenschneide. In
bevorzugter Ausgestaltung sind die beiden die Spannut des Bohrers
bildenden Bereiche gleich lang. An den konvex ausgebildeten Bereich des
Nutgrundes schließt
sich also ein ebenso langer Bereich mit konkav ausgebildetem Nutgrund
an.
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In
der zweiten grundsätzlichen
Ausführungsform
ist die Hauptschneide konkav gebogen. Im Bereich der besonders belasteten
Schneidenecke ist diese konkav gebogene Hauptschneide besonders aggressiv,
was eine besonders hohe Zerspanungsleistung nach sich zieht. Dem
gegenüber
ist die Schneidenecke jedoch sehr exponiert und somit verschleißanfällig.
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Auch
bei dieser Ausführungsform
ist es in einer Ausgestaltung vorgesehen, der konkav gebogenen Hauptschneide
eine Spannut mit konkav ausgebildetem Nutgrund zuzuordnen. Zur Schaffung
einer wechselnden konkaven und konvexen Nebenschneide und zur Schaffung
von sich verändernden
Spannutbereichen ist es wiederum vorgesehen, den sich an die Hauptschneide
anschließenden
konkav ausgebildeten Bereich des Nutgrundes durch einen sich daran
wiederum anschließenden
Bereich mit konvex ausgebildetem Nutgrund zu ergänzen. Auch bei dieser Ausgestaltung
ist es wiederum vorteilhaft, die beiden Spannutbereiche gleich lang
auszugestalten. Der konkav ausgebildete Bereich des Nutgrundes ist dann
also ebenso lang wie der Bereich mit konvex ausgebildetem Nutgrund.
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Bei
der konkav ausgebildeten Hauptschneide besteht zudem die Tendenz,
den Span in die Nut gewissermaßen
hinein zu ziehen, so dass der Span sehr schnell von der Wirkstelle
der Hauptschneide weg gefördert
wird.
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Die
geraden Spannuten gemäß der Erfindung
können
eine positive Steigung von bis zu 5° aufweisen. Ebenso ist es möglich, die
geraden Spannuten so zu gestalten, dass sie eine negative Steigung von
bis zu –5° aufweisen.
Die Spannuten mit positiver oder negativer Steigung weisen also über ihren
Verlauf eine gewisse Neigung auf.
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Im
Bereich der Bohrerspitze bzw. der Bohrerstirn ist es sowohl möglich, eine
Ausspitzung als auch einen Kreuzanschliff bzw. Vier-Flächen-Anschliff
vorzusehen. Auch die Schneidenecken des Bohrers können einen
Eckenradius, also eine Verrundung oder eine Eckenfase zur Unterstützung der
Schneidenecken aufweisen. Eine scharfe unverrundete Eckenform eignet
sich zum Schnitt beispielsweise von Aluminiumwerkstoffen. Eine verrundete
Eckenform hingegen eignet sich beispielsweise zum Zerspanen von
Gußwerkstoffen.
Auch ist es mit der Erfindung möglich,
die Hauptschneiden und auch die Nebenschneiden unverrundet oder
verrundet auszugestalten oder ihre Stabilität durch die Anbringung einer
Fase zu erhöhen.
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Schließlich ist
es auch möglich,
mehr als zwei hinsichtlich der Ausbildung des Nutgrundes unterschiedlich
gestaltete Bereiche in der Spannut vorzusehen. Es ist weiterhin
vorgesehen, zunächst
im Anschluss an die konvexe oder konkave Schneide einen Bereich
mit konvexer oder konkaver Nutgrundgestaltung anzuschließen, um
an diesen einen Bereich mit geradem Nutgrund anzuschließen, an welchen
sich wiederum ein Bereich mit konvex oder konkav ausgestalteten
Nutgrund anschließen
kann.
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Mit
der Erfindung ist es erstmals möglich,
einen gerade genuteten Bohrer zur Zerspanung langspanender und/oder
höher festerer
Werksstoffe einzusetzen.
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Die Ausführungsbeispiele:
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1 eine
perspektivische Ansicht der Bohrerspitze eines Bohrers mit konvex
gebogener Hauptschneide,
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2 eine
weitere perspektivische Ansicht des in 1 dargestellten
Bohrerabschnitts,
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3 eine
Seitenansicht des in 1 und 2 dargestellten
Bohrers,
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4 eine
Vorderansicht gemäß dem Pfeil IV
in 3
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5 den
Schnitt V-V in 3
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6 die
Draufsicht auf die Bohrerspitze gemäß 4 mit der
möglichen
Form und Position der zugeordneten Schleifscheibe,
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7 eine
Seitenansicht eines Bohrers mit konvex gebogener Schneide, sich
daran anschließendem
Bereich der Spannut mit konvex ausgebildetem Nutgrund und einem
sich daran anschließenden Bereich
des Nutgrundes mit konkaver Ausbildung,
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8 Schnitt
VIII-VIII aus 7,
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9 Schnitt
IX-IX aus 7,
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10 eine
perspektivische Ansicht der Bohrerspitze eines Bohrers mit konkav
gebogener Hauptschneide,
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11 eine
weitere perspektivische Ansicht des in 10 dargestellten
Bohrerabschnitts,
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12 eine
Seitenansicht des in 10 und 11 dargestellten
Bohrers,
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13 eine
Vorderansicht gemäß dem Pfeil XIII
in 12,
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14 den
Schnitt XIV-XIV in 12,
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15 die
Draufsicht auf die Bohrerspitze gemäß 13 mit
der möglichen
Form und Position der zugeordneten Schleifscheibe,
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16 eine
Seitenansicht eines Bohrers mit konkav gebogener Schneide, sich
daran anschließendem
Bereich der Spannut mit konkav ausgebildetem Nutgrund und einem
sich daran anschließenden Bereich
des Nutgrundes mit konvexer Ausbildung,
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17 Schnitt
XVII-XVII aus 16,
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18 Schnitt
XVIII-XVIII aus 16.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
die – wie
bei Bohrern üblich – paarweise
ausgebildete konvexe Hauptschneide 1 und den sich an die
konvexen Hauptschneiden 1 anschließenden konvexen Nutgrund 2.
Der konvex ausgebildete Nutgrund 2 ist Bestandteil der
sich in mit Längsrichtung 3 des
Bohrers erstreckenden, geraden Spannut 4. Die Spannut 4 wird
an ihrer Umfangsfläche
begrenzt von der Nebenschneide 5. Des Weiteren grenzt jeweils
an die konvexe Hauptschneide 1 eine Hauptfreifläche 6,
während
an die Nebenschneiden 5 die Nebenfreiflächen 7 angrenzen.
Besonders gut erkennbar ist die konvexe Ausbildung der konvexen
Hauptschneiden 1 in der Vorderansicht der 4.
Aus der Darstellung der 4 ist auch erkennbar, dass die
konvexe Ausbildung der konvexen Hauptschneiden 1 eine gewisse
Umlenkung der Späne
nach sich zieht, so dass die Späne
mit einem gewissen Drall in die Spannuten 4 gleichsam hinein
gezogen werden.
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Aus
der Darstellung der 5 ist erkennbar, dass auch die
sich an die Nebenschneiden 5 anschließenden Bereiche der Spannuten 4 jeweils
als konvexer Nutgrund 2 ausgestaltet sind.
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6 zeigt
schließlich
eine als Formwerkzeug ausgestaltete Schleifscheibe 8. Diese
Schleifscheibe 8 greift schräg an der konvexen Hauptschneide 1 an
und weist eine zur konvexen Gestalt der konvexen Hauptschneide 1 komplementär ausgestaltete
konkave Bearbeitungsfläche 9 auf
ihrer Mantelfläche
auf.
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9 zeigt
schließlich
eine weitere Ausführungsform
des erfindungsmäßigen Bohrers
mit konvexer Hauptschneide 1. An die konvexen Hauptschneiden 1 schließt sich
der in 9 im Querschnitt dargestellte Bereich der Spannuten 4 mit
konvexem Nutgrund 2 an. In Mittellängsrichtung 3 schließt sich von
den konvexen Hauptschneiden 1 her gesehen an den Bereich
mit konvexem Nutgrund 2 ein weiterer Bereich mit konkavem
Nutgrund 12 an. Ein Schnitt durch den Bereich mit konkavem
Nutgrund ist als Schnitt VIII-VIII in 7 bzw. in 8 gezeigt.
Aus der Darstellung der 8 ist erkennbar, dass die Nebenschneiden 5 im
Bereich mit dem konkaven Nutgrund 12 der Spannut 4 einen
positiven Spanwinkel aufweisen.
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10 zeigt
schließlich
ein weiteres Ausführungsbeispiel.
Hierbei weist der Bohrer ein aus zwei konkaven Hauptschneiden 11 gebildetes
Hauptschneidenpaar auf. Am Bohrerumfang sind die konkaven Hauptschneiden 11 jeweils
von einer Schneidenfase 13 begrenzt. Diese Schneidenfase
dient zur Stabilisierung der sehr spitz ausgestalteten und damit
aggressiven Schneidenecke 14 einerseits und der ebenfalls
aggressiv schneidenden Nebenschneiden 5 andererseits.
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An
die konkave Hauptschneide 11 schließt sich in mit Längsrichtung 3 des
Bohrers jeweils der konkave Nutgrund 12, also der konkav
ausgebildete Bereich der Spannut 4 an.
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Aus
der Darstellung der 12, 13 und 14 ist
zunächst
wieder der konkave Verlauf der konkaven Hauptschneiden 11 erkennbar
sowie der konkave Verlauf des konkaven Nutgrundes 12. Insbesondere
der Schnitt IX-IX in 12 bzw. die den Schnitt zeigende 14 zeigen
den konkaven Nutgrund 12 und die daraus resultierende aggressive Nebenschneide 5 mit
positivem Spanwinkel. Aus der Darstellung der 15 ist
wiederum eine an der Bohrerspitze schräg angreifende Schleifscheibe 8 zur Bearbeitung
der konkaven Hauptschneide 11 erkennbar. Diese Schleifscheibe 8 weist
einen zur Konkavität
der konkaven Hauptschneide 11 komplementär ausgebildete
konvexe Bearbeitungsfläche 19 am Schleifscheibenumfang
auf. Die konvexe Bearbeitungsfläche 19 ist
von einem ausgerundeten Eckenbereich der Schleifscheibe 8 gebildet.
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Die 16, 17 und 18 zeigen schließlich ein
kombiniertes Werkzeug mit zunächst konkaver
Hauptschneide 11, sich daran anschließendem konkavem Nutgrund 12 innerhalb
der Spannut 4 und einem sich in Mittellängsrichtung 3 von
den konkaven Hauptschneiden 11 her gesehen anschließenden Bereich
mit konvexem Nutgrund 2. Aus der Darstellung der 17 ist
in diesem Zusammenhang erkennbar, dass der im Schnitt XVII-XVII
bzw. in 17 dargestellte Bereich mit
konvexem Nutgrund 2 einen negativen Spanwinkel aufweist.
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Zusammengefasst
zieht die Verwendung eines aus konvexen Hauptschneiden 1 zusammengesetzten
Hauptschneidenpaars und eines sich daran in Mittellängsrichtung 3 des
Werkzeugs anschließenden
Bereichs einer Spannut 4 mit konvexem Nutgrund 2 den
Vorteil nach sich, dass die Schneidenecken des Werkzeugs widerstandsfähiger sind.
Auf Grund dieser höheren
Widerstandsfähigkeit
können zähere Materialien
gespant werden. Auch begünstigt dies
die Formung und Abfuhr der Späne.
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Die
Verwendung eines Werkzeugs mit einem aus konkaven Hauptschneiden 11 bestehenden Hauptschneidenpaars
und einem sich daran in Mittellängsrichtung 3 des
Werkzeugs anschließenden
Bereich der Spannuten 4 mit konkavem Nutgrund 12 vergrößert das
Volumen der Spannuten 4 und schafft so einen größeren Raum
zur Spanabfuhr. Die Schneidenecken 14 sind hierbei ebenso
wie die Nebenschneiden 5 deutlich aggressiver. Auf diese
Weise lassen sich sprödere
Werkstoffe bzw. Werkstoffe mit hoher Festigkeit, die jedoch leicht
brechen, leichter bearbeiten.